Open Library - открытая библиотека учебной информации. Экспрессные методы определения радиоактивности пищевых продуктов, воды и других объектов окружающей среды пропорциональные счетчики

Министерство образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра

экспериментальной физики

атмосферы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

по дисциплине

“Методы и средства гидрометеорологических измерений”.

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ

Направление - Гидрометеорология

Специальность - Метеорология

Санкт - Петербург

УДК 5

Лабораторная работа № 16. Измерение радиоактивности. По дисциплине “Методы и средства гидрометеорологических измерении”. – С.-Петербург.: РГГМУ, 2004, 14 с.

Описание лабораторной работы содержит теоретические сведения, посвященные вопросу измерения радиоактивности, и перечень практических операций, выполняемых студентами. Особое внимание уделяется единицам измерения радиоактивности. Работа приобретает тем большую актуальность, что в настоящее время на территории России находится достаточно много загрязненных участков.

Ó Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), 2004.

Единицы измерения радиоактивности

Радиоактивное излучение возникает при распаде ядер. Жесткая радиация облучает тела, вызывая изменения в веществе, из которого они состоят. Поэтому есть несколько величин, описывающих радиоактивное излучение. Некоторые из них относятся к собственно радиоактивным материалам , другие описывают изменения в облучаемом веществе. Перечислим их.

1. Радиоактивность (А). Это количество ядерных распадов, происходящих в образце радиоактивного вещества за одну секунду. Разумеется, величина А зависит от природы радиоактивного вещества и от его количества. Радиоактивность измеряется в беккерелях (Бк):

Это единица СИ. Но для практического использования она слишком мала. Ею пользуются только тогда, когда радиоактивность вещества заведомо мала - например, при описании радиоактивности продуктов питания, воды или неактивных материалов (песка, почвы и т. п.).В этом случае используют понятие удельной активности, измеряемой в беккерелях на килограмм, или объемной активности, измеряемой в беккерелях на литр. Для описания радиоактивных веществ пользуются другой единицей, называемой кюри (Ки). Один кюри - это радиоактивность одного грамма радия. Известно, что за одну секунду в одном грамме радия происходит 3.7 · 1010 ядерных распадов. Следовательно, можно установить соотношение:

1 Kи = 3.7 · 1010 Бк

Когда исследуется радиоактивное заражение местности, используется такая единица, как кюри на квадратный километр (Kи/км2).

2. Поглощенная доза Д. Это отношение энергии (W), поглощенной облучаемым телом, к массе этого тела (m):

Разумеется, поглощенная доза измеряется в джоулях на килограмм. Такая единица получила название грей (Гр):

1 Гр = 1 Дж/кг

3. Экспозиционная доза J. Это отношение заряда (Q), образующегося в сухом воздухе при облучении, к массе сухого воздуха (m):

Экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм, или в рентгенах (р):

1 р = 2.58·10-4 Кл/кг

(Множи·10-4 появляется при переводе единиц заряда в систему СИ и объема воздуха в массу).

Можно легко установить следующее соотношение:

1 р = 8.77·10-3 Гр

Обычно используют такие единицы, как рентген в час (миллирентген в час, микрорентген в час).

4. Мощность дозы D·. Это отношение поглощенной дозы ко времени поглощения (τ):

Можно связать мощность дозы с радиоактивностью:

где r - расстояние между облучающим радиоактивным веществом и облучаемым телом, К – ионизационная постоянная, коэффициент, характеризующий радиоактивное вещество. Приведем величину К для некоторых изотопов.

Однако наиболее важным является воздействие радиации на организм человека. Поэтому введена еще одна, пятая единица.

5. Эквивалентная доза Де. Это поглощенная доза, умноженная на коэффициент (ke), зависящий от вида излучения. Соответствующая единица получила название зиверт (Зв):

Значение коэффициента ke приведено в таблице 2.

Как видно из таблицы, наиболее опасными являются осколки деления ядер.

Для описания радиоактивности местности используются дольные единицы - миллизиверт, микрозиверт (мЗв, мкЗв), а для определения мощности дозы - миллизиверт в час, микрозиверт в час (мЗв/час, мкЗв/час). Можно легко установить соотношение:

1 мкР/час = 100мкЗв/час,

1 мР/час = 100мЗв/час.

Теперь рассмотрим существующие нормы по основным единицам радиоактивности.

По отношению к радиоактивному облучению население делится на три следующие группы.

1. Специалисты - люди, работающие с радиоактивными веществами и проходящие частый медицинский контроль.

2. Люди, иногда работающие с радиоактивными веществами.

3. Все остальное население.

Нормы для этих групп населения различны. Поскольку первая группа проходит частый медицинский осмотр, причем у врачей существует по отношению к ним радиационная настороженность , то для этой группы нормы самые высокие. Для второй группы нормы приняты в десять раз меньше, для третьей – в сто раз меньше, чем для первой. В таблице 3. приведены нормы для этих трех групп.

Здесь же, в табл. 3 приведены величины естественного радиационного фона. Он может быть различным в разных районах. Так например, скальные породы (мрамор, гранит и т. д.) содержат радиоактивные изотопы, поэтому радиоактивный фон в скалистой местности несколько повышенный, до 0,3 - 0,4 мкЗв/час. Это не является опасным. Однако, если мощность дозы превышает 0,60 мкЗв/час (60 мкр/час), метеоролог-наблюдатель обязан известить об этом органы власти.

Примерное значение удельной активности для пищевых продуктов составляет Бк/кг. Не допускается применение пищевых продуктов с удельной активностью более 1 КБк/кг по β-излучению и 0,1 КБк/кг по α-излучению. Для строительных материалов (песок, щебень и т. д.) допустимые значения составляют не более 4 кБк/кг.

Принцип действия счетчика Гейгера

Основной частью счетчика является газоразрядная трубка, содержащая газ при пониженном давлении (рис.1.)

Когда частица (нейтрон, α-частица и пр.) влетает в трубку, происходит ионизация молекул газа. Образовавшиеся ионы летят к заряженным электродам трубки – аноду (1) и катоду (2). На своем пути они встречаются с другими молекулами газа. Длина свободного пробега (т. е. расстояние между молекулами) такова, что ионы успевают набрать скорость, достаточную для ионизации встретившейся молекулы. Тогда образуется новая пара ионов, которые также летят к электродам, ионизуют другие молекулы и т. д. Возникает лавинообразный процесс ионизации всех молекул газа в трубке. Трубка вспыхивает. Сопротивление трубки Rтр резко падает. Наличие гасящего сопротивления R ~ 107 Ом приводит к тому, что при Rтр<

В дозиметре ДРГБ-01 используется цифровой счетчик, подсчитывающий количество импульсов за определенный интервал времени. Число, соответствующее подсчитанному количеству импульсов, представляется на цифровом индикаторе. Параметры прибора подобраны так, что это число равно активности, измеренной в микрозивертах в час или в килобеккерелях на килограмм.

Порядок работы с прибором ДРГБ-01

Дозиметр ДРГБ-01 позволяет измерять следующие величины.

1. Значение мощности эквивалентной дозы γ-излучения (режим F), выраженное в мкЗв/час. Этот режим предполагает возможность как однократного, так и циклического (периодического) измерения с периодом 20 с.

2. Значение удельной активности объектов, обусловленное присутствием в них β- и γ-излучающих радионуклидов, выраженное в КБк/кг (режим А).

3. Значение поверхностной плотности потока β-частиц, обусловленное загрязнением какой-либо поверхности β-излучающими радионуклидами (режим В).

В настоящей работе предполагается использование дозиметра только в первых двух режимах.

Передняя панель дозиметра показана ни рис. 2.

Порядок работы с дозиметром в режиме F (измерение мощности дозы γ-излучения).

1. Не сдвигая пластиковый экран с задней крышки, сориентируйте прибор, держа его в руках на высоте около 1,5 м над исследуемым участком почвы.

2. Включите прибор, передвинув переключав крайнее правое положение. При этом на цифровом индикаторе (1) появляется буква "F" и начинают высвечиваться цифры 0.00; затем 0.01; 0.02 и т. д.

3. Через 20 секунд индикатор покажет измеренное значение мощности дозы в мкЗв/час. Например, значение F 0.15 означает 0,15 микрозиверт в час (или 15 микрорентген в час).

4. Без дополнительных операций прибор переходит в режим циклического измерения. Каждые 20 секунд на индикаторе появляется новое значение мощности дозы. Этот режим удобно использовать при непрерывном измерении, например, измеряя мощность дозы во время ходьбы вдоль маршрута. Если в циклическом режиме включен звуковой индикатор (переключатель 4 установлен в крайнее правое положение), то звуковой сигнал раздается при превышении мощности дозы 0,60 мкЗв/час (или 60 мкр/час).

5. Если желательно перевести прибор в режим однократного измерения (как это и предполагается в настоящей работе), то необходимо включить питание прибора переключателем (2), затем включить звуковую сигнализацию переключателем (4) и нажать кнопку (3) один раз. На цифровом индикаторе появляются знаки F 0.00; затем F 0.01; F 0.02 и т. д. Через 20 секунд звуковой сигнал укажет на окончание процесса измерения и цифра, появившееся на индикаторе, означает величину мощности эквивалентной дозы в мкЗв/час. Повторить измерения в однократном режиме можно, только предварительно выключив прибор (переключаустанавливается в левое положение), а затем снова включив его.

Порядок работы с дозиметром в режиме А (определение удельной активности воды, почвы, продуктов питания и т. д.).

1. Возьмите стандартную бытовую банку емкостью 0,5 литра (стеклянную или полиэтиленовую), заполните её исследуемым продуктом так, чтобы верхняя граница не доходила до края горловины банки на 3 - 5 миллиметров. Проба готова к измерениям.

2. Удалите прибор от банки на расстояние не менее 1,5 метра и проведите измерение фона. Для этого включите прибор, поставив переключав правое положение, включите звуковую сигнализацию переключателем (4) и нажмите кнопку (3) два раза. На индикаторе появляются знаки R.00.0., далее значение на индикаторе возрастает. Через 520 секунд (8 минут 40 секунд) прибор выдает звуковой сигнал и точка после крайней правой цифры на индикаторе исчезает. Эти цифры не подлежат самостоятельному использованию и не должны записываться в журнал наблюдений.

3. Верните прибор к месту расположения пробы. Не снимая экрана, расположите прибор на горловине банки с пробой так, как показано на рис. 2. Нажмите кнопку (3) один раз. Через 520 секунд прибор выдает звуковой сигнал и точка после крайней правой цифры на индикаторе исчезает. Эти цифры на индикаторе являются примерным значением удельной активности продукта, выраженной в КБк/кг.

4. Для точного определения удельной активности продукта значение, снятое с индикатора, следует умножить на поправочный коэффициент, взятый из таблицы 1. (см. приложение).

5. Повторное измерение удельной активности можно проводить только после выключения прибора и повторения всех операций п. п.2 - 4.

Выполнение работы

1. Получите у лаборанта или преподавателя дозиметр ДРБГ-01. Включите его и измерьте уровень радиоактивного фона в лаборатории в режиме F, выполнив соответствующие операции (см. выше). Соответствует ли это значение норме?

2. Расположите дозиметр над маломощным источником радиоактивного излучения на высотесантиметров. Для обеспечения безопасности работы источник закрыт крышкой и должен находиться в цилиндрическом металлическом экране. Снимите металлическую крышку с источника и в режиме F измерьте уровень излучения от источника на этой высоте.

3. Положите на источник один из образцов парафина, предварительно записав его толщину h. Измерьте уровень излучения. Далее повторите измерения, поместив другой, более толстый образец. Составьте таблицу зависимости уровня излучения от толщины образцов парафина. Комбинируйте образцы, укладывая их друг на друга и определяя суммарную толщину h. Составьте график полученной зависимости Дэ(h).

4. Измерьте удельную радиоактивность водопроводной воды, для чего приготовьте пробу, наполнив водопроводной водой стеклянную банку. Запишите полученное значение и определите удельную активность А в килобеккерелях на килограмм, используя поправочный коэффициент (см. приложение).

5. Измерьте удельную активность гранитного щебня, воспользовавшись готовой пробой, имеющейся в лаборатории. Запишите полученное значение и определите удельную активность А в килобеккерелях на килограмм, используя поправочный коэффициент (см. приложение). Сравните его с активностью водопроводной воды. Чем Вы объясняете разницу в значениях?

6. Выключите прибор, сдайте его лаборанту или преподавателю и уберите своё рабочее место.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. Краткое описание принципа действия дозиметра ДРБГ-01.

2. Порядок всех Ваших действий во время работы.

3. Значение радиоактивного фона в лаборатории, выраженное в мкЗв/час и в мкР/час.

4. График зависимости радиоактивного излучения маломощного источника радиации как функцию толщины образцов парафина Дэ(h).

5. Значение удельной активности водопроводной воды и гранитного щебня в КБк/Кг.

6. Объяснение и анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы

1. Что такое радиоактивность и в каких единицах она измеряется?

2. Объясните смысл понятий "поглощенная доза" и "мощность дозы" В каких единицах измеряются эти величины?

3. Что такое экспозиционная доза? Объясните физический смысл понятия "рентген" и "рентген в час". Каково соотношение между этими единицами и единицами системы СИ?

4. Что такое эквивалентная доза? Какие единицы применяются для её измерения?

5. Что такое удельная радиоактивность продуктов? В каких единицах она измеряется? Каковы допустимые значения удельной активности для пищевых продуктов? Для строительных материалов?

6. Каковы основные нормы радиоактивного облучения для населения? Почему эти нормы различны для разных групп населения?

7. Вы измеряете уровень радиоактивности на метеорологической станции. Полученное Вами значение - 0,7 мкЗв/час. Является ли это нормальным? Ваши действия в этом случае.

8. Объясните принцип действия счетчика Гейгера.

9. Для чего в схеме счетчика Гейгера ставится гасящее сопротивление?

Список литературы

1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Минздрав России, 19с.

2. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). Минздрав России, 20с.

3. Дозиметр-радиометр ДРГБ-01 - "ЭКО-1". Руководство по эксплуатациис.

Приложение

Поправочные коэффициенты к показаниям дозиметра ДРГБ-01 для вычисления удельной радиоактивности продуктов.

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

Измерение радиоактивности

Редактор

ЛР № 000 от 30.12.96

Подписано в печать г. Формат 60×90 1/16

Бумага кн.-жур.

Тираж 50 Зак.3. Отпечатано....

РГГМУ, Малоохтинский пр.98.

В целях установления возможности получения организмом внешних облучений и количественного определения таковых, принимая во внимание связанный с облучением риск возникновения той или иной степени лучевой болезни, практикуются методы дозиметрии излучений как в обстановке окружающей среды, так и по отношению к отдельному человеку.

В условиях возможности подвергнуться облучению для констатации этого факта и определения дозы гамма- и рентгеновых лучей, получаемых за определенный промежуток времени, предлагается метод индивидуального фотографического контроля с помощью фотопленок. Человек носит на себе маленькую кассету с чувствительной фотопленкой, которая чернеет под влиянием облучений. Степень почернения зависит от дозы облучения, возрастая вместе с ней. По измерению степени почернения пленки за определенное время можно установить полученную дозу.

Другой метод индивидуального дозиметрического контроля состоит в использовании портативных маленьких ионизационных камер. Камеры, предварительно заряженные, при ношении их в условиях наличия радиации теряют свой заряд. По спаду заряда за определенное время можно вычислить величину полученной дозы.

Полученная доза нейтронного облучения определяется по степени наведенной нейтронами активности. Под воздействием нейтронов в тканях активируются многие входящие в их состав элементы: натрий, фосфор, хлор, сера, углерод, кальций и др. Наибольшую дозу составляют излучения натрия и фосфора.

Для определения дозы нейтронов исчисляется, какая часть находящихся в организме натрия и фосфора, содержание которых мало колеблется, стала под влиянием нейтронов активной. Определение ведется по крови и моче. В точном объеме субстрата устанавливают концентрацию натрия и фосфора химическим путем. Субстрат высушивают, сжигают, и сухой остаток наносят на мишень. При помощи бета-счетчика определяют степень полученной активности с учетом удельной активности и концентрации натрия и фосфора в субстрате.

Спустя несколько часов после нейтронного облучения наведенная активность обусловливается в основном натрием, испускающим бета-частицы и гамма-кванты. При незначительном периоде полураспада активного натрия (15 часов) уже через несколько часов значение этого изотопа снижается, и активность обусловливается в основном фосфором, период полураспада которого составляет 14,3 дня.

Так как человек, облученный нейтронами, становится источником гамма-излучения, то по интенсивности такового, измеряемого большими счетчиками, располагаемыми вокруг корпуса пострадавшего, можно также определить дозу нейтронов. При оценке полученной дозы принимается во внимание время, протекшее от облучения до исследования, так как степень наведенной активности непрерывно падает.

После попадания активных веществ внутрь организма и депонирования их эти вещества частично могут выделяться с секретами и экскретами, где присутствие их может быть определено или специальным химическим путем (если это вещества, чуждые организму в естественных условиях), или по вызываемой ими активности исследуемых биосубстратов. Чаще всего подвергаются исследованию кал и моча. Активные вещества могут быть альфа-, бета- и гамма-излучателями.

Гамма-излучение тела человека может быть определено методом, используемым для определения полученной дозы нейтронов. Активность мочи и кала определяется после высушивания и сжигания субстрата, нанесения его на мишень и измерения с помощью альфа- и бета-счетчиков.

Нельзя ожидать, однако, точных и постоянных отношений между содержанием инкорпорированного вещества в организме и величиной его выделения экскретами.

Некоторые активные изотопы могут быть определены измерением активности в крови, если эти вещества, равномерно распределяясь по органам, обусловливают известное соотношение между их содержанием в организме и концентрацией в крови (натрий, углерод, сера).

Если активные вещества или продукты их распада выделяются в газообразном виде через легкие, то обнаружить их наличие можно путем измерения удельной активности выдыхаемого воздуха с помощью ионизационной камеры, соединенной с прибором, измеряющим ионизационный ток.

Очень малые активности в препаратах можно определять, пользуясь толстослойными чувствительными пластинками. Препарат прикладывают к фотоэмульсии и после должной экспозиции и проявления пластинки в эмульсии обнаруживают почерневшие участки - линии, обусловленные действием движущихся активных заряженных частиц (треки).

Альфа-частицы дают короткие, толстые, прямолинейные треки, электроны же (бета-частицы) - более тонкие, длинные и изогнутые. Пластинки изучают под микроскопом при увеличении в 200-600 раз.

Изобретение относится к ядерной физике и технике и может быть использовано для создания детекторов, контролирующих радиоактивность окружающей среды. Сущность изобретения: способ заключается в регистрации альфа-частиц за счет ударной ионизации вблизи центрального электрода цилиндрического детектора, заполненного атмосферным воздухом. 3 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к ядерной физике и технике и может быть использовано для создания детекторов для контроля радиоактивности окружающей среды. Известен способ определения активности газов заключающийся в том, что измеряет число альфа-частиц, испускаемых в результате распада дочерних продуктов радона, собранных на фильтре, из непрерывно очищаемого объекта. Недостатком способа является необходимость использования воздуходувок, что усложняет эксплуатацию способа. Наиболее близким техническим решением (прототипа) является способ определения концентрации радона и его дочерних продуктов в воздухе и устройство для его осуществления Сущность способа состоит в отборе воздуха в сосуд, создание в нем неоднородного электрического поля, регистрации электрических импульсов с дискриминацией их по амплитуде и форме. Недостатком способа является необходимость использования сложной радиотехнической аппаратуры. Предлагаемый способ отличается тем, что используется цилиндрический ионизационный детектор, на центральный электрод подают постоянный потенциал, причем напряженность электрического поля устанавливают достаточной для осуществления ударной ионизации, радиус r внешнего электрода выбирают в зависимости от пробега альфа-частиц R дочерних продуктов радона, регистрируют за определенный промежуток времени число альфа-частиц, проходящих через область ударной ионизации, и по нему с учетом объема детектора определяют радиоактивность атмосферного воздуха. Согласно п. 1 формулы изобретения, на внутренний электрод подают положительный потенциал, а регистрацию альфа-частиц осуществляют при r>R. Альфа-частицы дочерних продуктов радона осаждаются на внешнем электроде и не регистрируются потому, что радиус внешнего электрода выбирают больше пробега альфа-частиц, в результате чего они не достигают области ударной ионизации, которая существует вблизи нити. Альфа-частицы, образуемые радоном, проходят через область ударной ионизации. Поэтому детектор регистрирует только радиоактивность радона и отрицательно заряженных аэрозолей. При отрицательном потенциале внутреннего электрода весь объем детектора чувствителен к альфа-частицам, поэтому он регистрирует аэрозоли, дочерние продукты, осажденные на центральный электрод, и радон. Форма и амплитуда электрических импульсов от альфа-частиц, выходящих с поверхности центрального электрода, отличается от таковой от альфа-частиц, регистрируемых из объема детектора. Это позволяет производить их раздельную регистрацию. Согласно п. 3 формулы изобретения, на центральный электрод подают отрицательный потенциал, радиус внешнего электрода выбирают меньше пробега альфа-частиц дочерних продуктов радона, при этом регистрируют раздельно число электрических импульсов, создаваемых радоном, и число электрических импульсов, создаваемых его дочерними продуктами за определенный промежуток времени. Для определения концентрации радона в атмосферном воздухе воздух предварительно очищают от аэрозолей и продуктов распада радона.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Факторы, обуславливающие радиоактивность воздуха на открытой местности и в закрытом помещении.

2. Радон, источники, дозы, обусловленные радоном, мероприятия по снижению концентрации радона в закрытых помещениях.

3. Методы определения радиоактивности воздуха. Определение радиоактивности газов и аэрозолей.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА:

1. Используя бета-радиометр РКБ4-1еМ, определить объемную радиоактивность пробы воздуха в учебной комнате.

2. Сравнить полученные результаты с НРБ-99.

Атмосфера является мощным акцептором техногенных, в том числе и ядерно-энергетических, радиоактивных газоаэрозольных выбросов. Их последующее включение в токи воздушных масс, рассеяние, медленная механическая (гравитационная) седиментация ведут к относительно равномерному (глобальному) распределению цезий-стронциевых фоновых загрязнений среды. Наиболее загрязняют атмосферу наземные испытания ядерного оружия. Поступление и последующее распределение радиоактивности подчиняется здесь ряду закономерностей, предполагающих длительное присутствие фактора в составе среды.

До 90% радиоактивных осколков деления попадает в стратосферу, остальное – в тропосферу. При попадании радиоактивных аэрозолей в тропосферу происходит их глобальное «размывание» и перемещение током воздушных масс с большой скоростью, преимущественно по географическим параллелям от мест взрыва. Аналогично распространялись радионуклиды после чернобыльской аварии.

Основная часть загрязнений тропосферы выпадает с осадками в ближайшие дни-недели от момента взрыва в результате вовле­чения аэрозолей в процессы формирования облаков. Незначительная часть радионуклидов сорбируется аэрозолями воздуха, коагу­лируется с последующим «сухим» выпадением частиц. Скорость очищения тропосферы подчиняется экспоненциальному закону с периодом полуочищения 20–40 сут.

Гравитационное оседание частиц, ушедших в стратосферу, происходит крайне медленно, на протяжении десятилетий. Состав радионуклидов ядерного происхождения за время циркуляции в стратосфере меняется. Короткоживущие радионуклиды (наибольшая часть взрыва) распадаются, оставляя место цезий-стронциевым источникам глобального малоинтенсивного загрязнения среды. Переход стратосферных радионуклидов в тропосферу с последующим осаждением происходит преимущественно на широте 25 – 30 град в обоих полушариях с максимумом в Северном.

Безаварийные выбросы атомными электростанциями являются незначительными, но постоянными источниками поступления радионуклидов в атмосферу. Большая часть атмосферных загрязнений, выпадающих на поверхность Земли, при нормальном режиме работы АЭС крайне незначительна. В состав аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу вследствие аварийной утечки теплоносителя первого контура реактора, входит сложный комплекс радионуклидов, в том числе 88 Kr, 134 Cs, 58 Со, 60 Со, 54 Mn, 140 Ва, 140 Zn, 89 Sr, 131 I. Количество радиоактивных веществ, поступающих с выбросами реакторов в атмосферу, невелико.

Наибольшую опасность как потенциальные источники загрязнения атмосферы представляют предприятия по переработке ядерного топлива. Отходы (тепловыделяющие элементы – твэлы) этих предприятий содержат значительное количество долгоживущих радиоактивных веществ. К таким радионуклидам относятся, в частности, тритий (3 Н) и криптон (85 Кг), образующиеся при обработке твэлов. Обработка твэлов сопровождается также выделением газообразных и летучих продуктов деления: 3 Н, 14 С, 85 Кr, 129 I, 131 I, 106 Ru, 134 Cs, 137 Cs, радиоактивные актиноиды.

Особого внимания в плане загрязнения атмосферы заслуживает радиоактивный криптон. Эта химически инертная и безопасная в радиационном отношении составляющая выбросов является агрессивной по отношению к физическим экосистемным функциям атмосферы вследствие ее мощного вклада в ионизацию воздушной среды и трансформации нормального распределения этого процесса в разных слоях атмосферы.

Ионизация верхних слоев атмосферы под действием жесткого ультрафиолетового и ионизирующего излучений ведет к фотодиссоциации кислорода и образованию атмосферного озонового слоя планеты, выполняющего одну из важнейших экосистемных функций – экранирования и фильтрации космических излучений.

Второй, аналогичный, приземный слой атмосферы формируется благодаря реакциям ионообразования в непосредственной близости от поверхности Земли под действием радиации от естественных радионуклидов, преимущественно радона. Образование ионов в приземных слоях играет, очевидно, существенную антибактериальную (противоэпидемическую) функцию в биоценозах.

Распределение антропогенного источника ионизации атмосферы резко отличается от естественного. Практически весь образующийся 85 Kr выбрасывается в атмосферу в северном полушарии. Это приводит к некоторой неравномерности его распределения в атмосфере земного шара. Концентрация 85 Kr в южном полушарии в 1,3–1,4 раза ниже, чем в северном. По высоте 85 Kr распределяется практически равномерно вплоть до 20 – 25 км над уровнем моря. В настоящее время концентрация 85 Кг в атмосфере составляет ~ 3 нКи/м 3 воздуха независимо от высоты над уровнем моря. Равномерное (по высоте) распределение криптона (β-активного излучателя с энергией β-частиц 0,25 МэВ и энергией γ-квантов 0,514 МэВ, периодом полураспада 10,75 лет) в атмосфере может привести к неблагоприятным экологическим последствиям.

Ионы воздуха являются ядрами конденсации и соответственно образования и роста водяных капель, сорбирующих основные сульфатные и нитратные токсические загрязнители атмосферы. Повышенная конденсация, как следствие повышенного диффузного ионообразования, в сочетании с массивным токсическим техногенным загрязнением среды является одним из факторов образо­вания кислых туманов и дождей, закисления почв и ухудшения их репродуктивных функций, ведет к снижению иммунитета и, как следствие, к росту респираторных заболеваний. Массивное (диффузное) увеличение числа ядер конденсации может привести к формированию стратосферного сульфато-нитратного слоя, нарушению радиационного баланса Земли и к последующим труднопредсказуемым (нестабильным) изменениям климата.

Другим критическим радионуклидом, удаляемым в атмосферу в основном с выбросами заводов по переработке ядерного топлива, является тритий. Около 75% трития, содержащегося в ядерном топливе, выбрасывается в атмосферный воздух. Явные экологические изменения от присутствия трития в среде не прогнозируются.

Содержание радиоактивных веществ в воздухе нижних слоев атмосферы связано с несколькими факторами. Одним из них является первичное космическое излучение, под воздействием нейтронной компоненты которого ядра азота воздуха преобразуются в радиоактивный углерод С 14 , имеющий период полураспада, равный 5568 годам. Ежегодно в атмосфере Земли образуется около 10 кг С 14 , который затем участвует в процессах обмена в биосфере и может быть обнаружен практически во всех средах, содержащих углерод. По современным данным, концентрация С 14 в атмосферном воздухе составляет 1,3 × 10 -15 Ки/л. Кроме радиоактивного нуклида углерода под влиянием космического излучения в воздухе образуются тритий, бериллий, фосфор-32 и некоторые другие космогенные радионуклиды, значение кото­рых в радиоактивности воздуха незначительно.

Одними из главных короткоживущих радиоактивных нуклидов воздуха являются радон, образующийся при альфа-распаде радия, и продукты его распада. В атмосфе­ру радон попадает вследствие диффузии из поверхностных земных пород и каменных зданий, а также при сжигании каменного угля, природного газа.

Радон представляет собой инертный газ, не имеющий вкуса и запаха (в 7,5 раза тяжелее воздуха). Радон растворим в воде, но при кипячении полностью из нее удаляется. Радон химически инертен и реагирует только с сильными фторирующими реагентами.

В радиоактивных рядах семейства 238 U, 232 Th образуются альфа-активные радиоизотопы инертного газа радона: 222 Rn (радон), 220 Rn (торон). Все изотопы радона радиоактивны и довольно быстро распадаются: самый устойчивый изотоп 222 Rn имеет период полураспада 3,8 сут., второй по устойчивости – 220 Rn (торон) – 55,6 с. По вкладу в суммарную дозу облучения человека радон-222 примерно в 20 раз важнее, чем радон-220 (торон), поэтому для удобства оба изотопа в дальнейшем будем рассматривать вместе и называть просто радоном.

Характерная особенность изотопов Rn - способность создавать на соприкасающихся с ними телах радиоактивный осадок, состоящий из дочерних продуктов радиоактивного распада радона (ДПР) - короткоживущих и долгоживущих изотопов полония, свинца, висмута.

Схема образования и распада 222 Rn:

226 Ra (1620 лет) - a ® 222 Rn (3,82 дня) - a ® 218 Po (3,05 дня) - a ® 214 Pb (26,8 мин) - b ® 214 Bi (19,7 мин) -
- b ® 214 Po (1,6×10 -4 c) - a ® 210 Pb (22 года) - b

Почему радон, имея преимущественно короткоживущие изотопы, не исчезает из атмосферного воздуха? Он постоянно поступает в атмосферу из земных пород при распаде ядер 238 U и 232 Th. Пород, содержащих уран и торий, в земной коре довольно много (например, граниты, фосфориты), поэтому убыль компенсируется поступлением и в атмосфере существует некая равновесная концентрация радона. Образующиеся в результате распада радона в воздухе его ДПР тут же прикрепляются к микроскопическим пылинкам-аэрозолям. Поверхность легких у человека составляет несколько десятков квадратных метров, поэтому легкие - хороший фильтр, осаждающий эти радиоактивные аэрозоли. ДПР радона «обстреливают» альфа- и бета-частицами поверхность легких и обусловливают свыше 80 % дозы, связанной с радоном. Изотоп 222 Rn дает примерно 50–55% дозы облучения, которое ежегодно получает каждый житель Земли, изотоп 220 Rn прибавляет к этому еще ~5–10%. Таким образом, большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада радона. Основной медико-биологический эффект облучения от радона и его ДПР - рак легких.

Концентрацию радона в воздухе определяют по его активности в кубическом метре - Бк/м 3 .

Человек большую часть своей жизни (около 80 % времени) проводит в помещениях (жилье, рабочие места). Полагают, что среднегодовая концентрация радона в них в 20 Бк/м 3 формирует индивидуальную дозовую нагрузку 1 мЗв/год.

Коллективная годовая эффективная доза облучения населения Российской Федерации в 2003 г. за счет природных источников составила 490,9 тыс. чел.-Зв, что соответствует 3,43 мЗв в среднем на одного жителя. Из них 2,22 мЗв за счет наличия радона в воздухе жилых помещений и 0,29 мЗв за счет содержания природных радионуклидов в пище и питьевой воде.

Наибольшие значения средних годовых эффективных доз в расчете на одного жителя за счет облучения природными источниками в 2003 г. зарегистрированы в Еврейской автономной области (11,7 мЗв), в Иркутской области (7,7 мЗв) в Усть-Ордынском Бурятском АО (7,7 мЗв), в Республике Бурятия (6,7 мЗв) в Липецкой (6,5 мЗв) и Читинской (6,2 мЗв) областях. Еще в 8 субъектах Российской Федерации средние годовые эффективные дозы облучения природными источниками в расчете на одного жителя превышают 5 мЗв.

Изотопы радона и продукты их распада широко распространены в природе. Они содержатся в горных породах, воде, воздухе, природном газе, нефти и т.д., поэтому целесообразно выделить из этих объектов те источники радона, которые оказывают непосредственное или потенциальное воздействие на организм человека - это почва и горные породы, строительные материалы, воздух и вода. В первую очередь содержание радона в окружающей среде зависит от концентрации материнских элементов в породах и почвах.

Почва и горные породы являются как непосредственным источником радона, так и природными материалами, которые используются в строительстве (песок, глина, гранит, ил). Радионуклиды, родоначальники радиоактивных семейств, широко распространены в породах и минералах природного происхождения, хотя и в малых концентрациях (средние значения для 238 U - 33 Бк/кг, для 232 Th - 34 Бк/кг), однако распределение их в земной коре очень неравномерно. Наиболее высокие концентрации урана свойственны изверженным (магматическим) породам, в особенности гранитам. Высокие концентрации урана также могут быть приурочены к темноцветным сланцам, осадочным породам, содержащим фосфаты, а также метаморфическим породам, образовавшимся из этих отложений. Естественно, что и почвы, и обломочные отложения, образовавшиеся в результате переработки вышеназванных пород, также будут обогащены ураном.

Из регионов России потенциально опасных выделяют Западную Сибирь (Белокуриха, Новосибирск), Забайкалье (Краснокаменск), Северный Кавказ (Пятигорск) и Северо-западные регионы России.

Основным источником поступления радона в воздух помещений является геологическое пространство под зданием. Радон легко проникает в помещения по проницаемым зонам земной коры. Здание с газопроницаемым полом, построенное на земной поверхности, может увеличивать поток радона, выходящего из земли, до 10 раз за счет перепада давления воздуха в помещениях здания и атмосфере. Этот перепад оценивается в среднем величиной около 5 Па и обусловлен двумя причинами: ветровой нагрузкой на здание (разрежение, возникающее на границе газовой струи) и перепадом температур между комнатным воздухом и атмосферой (эффект дымовой трубы). Образующийся при распаде 238 U и 232 Th радон через трещины и поры в породах земной поверхности и строительных изделиях непрерывно поступает в атмосферный воздух, в жилые и рабочие помещения.

Установлено, что поступление радона в воздух помещений и сооружений в основном связано с геологическими свойствами.

Высокие концентрации радона в почвенном воздухе образуются:

· при неглубоком залегании гранитных пород и хорошо проницаемых осадочных отложений, перекрывающих их;

· в зонах тектонических нарушений, проникающих в осадочный чехол и являющихся путями миграции радона;

· в зонах палеоврезов, заполненных хорошо проницаемыми песчано-гравийными отложениями, при неглубоко залегающих гранитных породах фундамента;

· в зонах развития моренных радоногенерирующих отложений.

Средняя концентрация радона на открытом воздухе зависит от высоты, географической широты, температуры, силы ветра, атмосферного давления и существенно различается для разных точек Земного шара. Влияние на концентрацию радона в атмосфере также оказывает удаленность от суши.

В атмосферу помещений радон поступает следующими путями:

· проникновением из почвогрунтов через фундамент и перекрытия подвальных помещений здания;

· за счет эксхаляции (выделения) из строительных материалов и изделий, из которых построено здание;

· с водопроводной водой и бытовым газом;

· за счет воздухообмена с атмосферным воздухом.

Наиболее существенным источником радона в помещениях является его проникновение из почвогрунтов и строительных материалов, используемых при строительстве домов, зданий и т.д.

Во многих странах обнаружено, что в жилых домах, построенных из материалов, которые содержат повышенные концентрации естественных радионуклидов, концентрации радона достигают значительных уровней, а среднегодовая доза облучения легких человека в результате вдыхания радона и его дочерних продуктов может составить несколько мЗв.

Человек повсюду контактирует с радоном, и, прежде всего, в жилых помещениях и зданиях. Поступая внутрь помещения тем или иным путем, радон накапливается. В результате в помещении могут возникнуть довольно высокие уровни концентрации радона, особенно если дом стоит на грунте с относительно высоким содержанием естественных радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной естественной радиоактивностью.

Таблица 20.

МОЩНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПОСТУПЛЕНИЯ РАДОНА В ВОЗДУХ ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Используемые в ряде случаев в строительстве радиоактивные строительные материалы являются, как правило, побочной продукцией, технологическими отходами. Например, фосфогипс является отходом при производстве фосфорной кислоты из осадочной фосфатной руды, красный глиняный кирпич - побочная продукция при получении глинозема из боксита, доменный шлак - побочный продукт процесса производства железа и т.д. В последние годы в качестве строительных материалов используются промышленные отходы. Однако использование некоторых из них впоследствии было ограничено из-за относительно высокого содержания радиоактивных элементов. Например, квасцовые глинистые сланцы в течение нескольких десятилетий использовались в Швеции для изготовления газобетона и составляли до одной трети сбыта в производстве строительных материалов. В 1979 г. производство их было полностью прекращено.

Проведенное изучение объемной активности радона в домах в Финляндии и Великобритании показало, что повышенное его содержание в основном определяется поступлением почвенного воздуха, обогащенного радоном, из грунта под строением. При этом радиоактивность почвенного воздуха определяется характером залегающих пород и количеством воды в них.

Концентрации радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем кирпичные, и, следовательно, комнаты, в которых проводились измерения, находились ближе к земле - основному источнику радона.

В воздухе помещений большинства зданий среднегодовые концентрации радона и его дочерних продуктов не превышают 40 Бк/м 3 и только в 1-1,5 % домов эти концентрации могут быть более 100 Бк/м 3 . Встречаются, однако, случаи исключительно высокого содержания радона в жилых помещениях - до 1000 Бк/м 3 и даже больше, но число таких случаев в разных странах незначительно - 0,01- 0,1 % от общего количества обследованных домов.

Важным, хотя и менее значимым источником поступления радона в жилые помещения представляет собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, может содержать много радона. Наибольшая зарегистрированная удельная радиоактивность воды в системах водоснабжения составляет 100 млн. Бк/м 3 , наименьшая равна нулю. По оценкам НКДАР, среди всего населения Земли менее 1 % жителей потребляет воду с удельной радиоактивностью более 1 млн. Бк/м 3 и около 10 % пьют воду с концентрацией радона, превышающей 100 000 Бк/м 3 .

Радон поступает в воду из окружающей почвы, а также гранитов, базальтов, песка с которыми соприкасаются водоносные слои. Поэтому концентрация радона в водах зависит от концентрации материнских элементов в горных породах, омываемых ею, коэффициента эманирования, пористости или трещиноватости горных пород и скорости движения воды (расхода потока). Рыхлые или трещиноватые породы характеризуются повышенными концентрациями радона (зоны тектонических нарушений, кора выветривания и т.д.). Кристаллические породы обычно имеют более высокую концентрацию урана, чем средние осадочные породы. Примером пород, которые имеют повышенную концентрацию урана, являются граниты, сиениты, пегматиты, кислые вулканические породы, а также кислые гнейсы.

Подземные воды трещинных массивов кислых кристаллических пород обычно отличаются наиболее высокой концентрацией радона, достигающей 500 Бк/л и выше. Значительно ниже концентрация радона в водах основных изверженных пород. Трещинные воды известняков, песчаников, сланцев обычно имеют концентрацию радона в пределах 10-100 Бк/л. Однако, в отдельных случаях, и в этих породах могут встречаться повышенные концентрации радона. Подземные воды в горизонтах грунтовых вод, залегающих недалеко от поверхности, обычно имеют более низкую концентрацию радона, составляющую менее 50 Бк/л. В поверхностных водах концентрация радона, как правило, не превышает 2-5 Бк/л, главным образом, так как происходит его распад и аэрация в атмосферу.

В зависимости от геологических и гидрогеологических условий в различных районах земли создаются условия для формирования широкого спектра фоновых концентрации радона. Наряду с районами с пониженными фоновыми концентрациями радона в водах имеются территории с весьма высокими содержанием радона. Такие территории обнаружены в Бразилии, Индии, Канаде. В Иране известны родники с высокими концентрациями радона. Повышенными фоновыми концентрациями радона характеризуются скандинавские страны. Многочисленные зоны с высокой концентрацией радона в водах выявлены в США. В России выявлены зоны с концентрацией радона в воде в 300-400 Бк/л. Если в используемой воде содержится много радона, то есть несколько простых способов снижения радона в используемой воде. Самый простой из них, это кипячение. Обычно люди потребляют большую часть воды в виде горячих напитков и блюд (супы, чай, кофе). При кипячении воды или приготовлении пищи радон в значительной степени улетучивается. Также заметно снизить концентрацию можно при использовании фильтров из активированного угля.

Наибольшую опасность представляет поступление радона с водяными парами при пользовании душем, ванной, парной и т. п. Так, при обследовании ряда домов в Финляндии, было выяснено, что концентрация радона в ванной комнате в 40 раз выше, чем в жилой. Всего за 22 минуты пользования душем концентрация радона достигает величины, которая в 55 раз превышает предельно допустимую. В Швеции возникла острая проблема, связанная с проведением кампании за экономию энергии и тщательной герметизацией зданий: с 50-х до 70-х годов скорость вентилирования в домах уменьшилась более чем вдвое, а концентрация радона внутри домов увеличилась более чем в три раза.

В случае, когда для снабжения водой используются артезианские скважины, радон попадает в дом с водой и также может скапливаться в значительных количествах в кухнях и ванных комнатах. Дело в том, что радон очень хорошо растворяется в воде и при контакте подземных вод с радоном, они очень быстро насыщаются последним. В США уровень содержания радона в грунтовых водах колеблется от 10 до 100 Бк/л, в отдельных районах доходя до сотен и даже тысяч Бк/л.

Растворенный в воде радон действует двояко. С одной стороны, он вместе с водой попадает в пищеварительную систему, а с другой стороны, люди вдыхают выделяемый водой радон при ее использовании. Дело в том, что в тот момент, когда вода вытекает из крана, радон выделяется из нее, в результате чего концентрация радона в кухне или ванной комнате может в 30-40 раз превышать его уровень в других помещениях (например, в жилых комнатах). Второй (ингаляционный) способ воздействия радона считается более опасным для здоровья.

Из-за разнообразия условий радононакопления в водах в разных странах приняты различные величины допустимых концентраций радона, которые ограничивают использование вод с высоким его содержанием. Так, в Финляндии предельно допустимые концентрации установлены на уровне 300 Бк/л, в Швеции - 300 Бк/л, в Ирландии - 200 Бк/л. В России нормы радиационной безопасности (НРБ-99), устанавливают предельно допустимое содержание радона в воде в 60 Бк/л при отсутствии в воде других радиоактивных веществ.

Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона распадается и улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии вытяжки, которая сообщается с наружным воздухом, пользование газом практически не влияет на концентрацию радона в помещении.

Естественная радиоактивность воздуха зависит главным образом от содержания в нем таких газов, как радон, актион и торон - продуктов распада радия, актиния и тория, которые имеются в земных породах. Вместе с этим в воздухе содержатся углерод-14, аргон-41, фтор-18 и некоторые другие изотопы, образующиеся при воздействии космических лучей на атомы кислорода, водорода и азота. Вместе с радиоактивными аэрозолями в атмосферу могут попадать и незначительные количества естественных радиоактивных веществ, что наблюдается при разрушении земных пород, разложении органических веществ и т. п

Методы отбора проб аэрозолей

В основе методов количественного определения аэрозолей в воздухе, в том числе и радиоактивных веществ лежит или косвенный способ, когда пред­варительно извлекают частицы из газовой среды с по­следующим исследованием их, или прямой метод изуче­ния радиоактивности радионуклида в определенном объеме газовой среды. Методы, при которых твердая или жидкая фаза отделяется от газовой среды, чаще всего основаны на седиментации, фильтрации, инерци­онном и электростатическом осаждении. Прямой метод предполагает использование проточных ионизационных камер, счетчиков или камер, в которые для исследования отбирается определенный объем воздуха

Седиментационные методы определения содержания в воздухе аэрозолей условно можно разделить на 2 группы

1. Методы первой группы позволяют оценить содержание аэрозолей в ограниченном объеме. В таком случае имеется возможность количественного определения аэрозолей в единице объема газовой среды, в другом седиментация происходит из неограниченного объема, поэтому результаты исследования выража­ются в числе или массе частиц, осевших на единице площади за определенное время. Седиментационные методы позволяют определить частицы размером от 1 до 30 мкм. Первая группа седиментационных методов в практике радиационной гигиены не нашла широкого применения.

2. Методы второй группы контролируют уровень радиоактивных выпадений из атмосферного воздуха.

Для сбора атмосферных осадков, как правило, используют кюветы с предварительно нанесенным на их дно тонким слоем глицерина. Сроки экспозиции при отборе проб осадков зависят в первую очередь от уровня радиоактивности атмосферы и количества осадков. Обычно кюветы выставляются на срок, превышающий 1 мес.

При контроле за содержанием радионуклидов в воздухе широкое применение нашли аспирационные методы отбора проб.

Все возможные условия отбора проб при помощи этого метода можно условно разделить на 5 групп:

1. Открытые участки (атмосферный воздух).

2. Помещения производственного, вспомогательного и другого назначения.

3. Замкнутые объемы в условиях нормального барометрического давления (или приближающегося к нему): камеры, боксы, вентиляционные каналы и т. п.

4. Закрытые замкнутые объемы, находящиеся под разряжением (вакуумные линии и установки).

5. Замкнутые объемы под избыточным давлением (компрессионные коммуникации и установки).

Концентрация радиоактивного газа в воздухе может быть определена методами, основанными на счете отдельных частиц или квантов и на измерении ионизационного эффекта.

Для счета отдельных частиц или квантов используют счетчики внутреннего наполнения. В этом случае газо­образный препарат вводится непосредственно в детектор или детектор погружается (частично или полностью) в исследуемый газ.

Оценка концентрации по ионизационному эффекту осуществляется при помощи так называемых ионизаци­онных камер с газовой стенкой или камер внутреннего наполнения.

Наибольшая точность измерения концентрации газов достигается при использовании счетчиков внутреннего наполнения. В этих случаях радиоактивный газ вводят непосредственно в рабочий объем, что обеспечивает ре­гистрацию практически каждого акта распада.(если есть возможность, посмотри в руководстве - страница 39)))ну я думаю,этого достаточно)